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1、第二章技术测量基础本讲稿第一页，共五十一页基本内容基本内容v概述概述：检测的意义、测量的基本要素、检测的一：检测的意义、测量的基本要素、检测的一般步骤般步骤 v计量单位与量值传递计量单位与量值传递：长度单位及其基准长度单位及其基准 、量块、量块、长度的量值传递长度的量值传递v 测量器具与测量方法测量器具与测量方法：测量器具的分类、测量器具的分类、测量器测量器具的技术性能指标具的技术性能指标 、测量方法分类测量方法分类v测量误差测量误差：测量误差及表达式测量误差及表达式 、误差的分类、误差的分类 、误差的来源及减小其影响的措施、测量不确定度、误差的来源及减小其影响的措施、测量不确定度、测量数据的
2、处理测量数据的处理 本讲稿第二页，共五十一页检测的意义检测的意义v为为了了满满足足机机械械产产品品的的功功能能要要求求，在在正正确确合合理理地地完完成成了了可可靠靠性性、使使用用寿寿命命、运运动动精精度度等等方方面面的的设设计计以以后后，还还须须进进行行加加工工和和装装配配过过程程的的制制造造工工艺艺设设计计，即即确确定定加加工工方方法法、加加工工设设备备、工工艺艺参参数数、生生产产流流程程及及检检测测手手段段。其其中中，特特别别重重要要的的环节就是质量保证措施中的环节就是质量保证措施中的精度检测精度检测。v“检测检测”就是确定产品是否满足设计要求的过程，即判断就是确定产品是否满足设计要求的过
3、程，即判断产品合格性的过程。检测的方法可以分为两类：产品合格性的过程。检测的方法可以分为两类：定性检验定性检验和和定量测试定量测试。定性检验的方法只能得到被检验对象合格与。定性检验的方法只能得到被检验对象合格与否的结论，而不能得到其具体的量值。因其检验效率高、否的结论，而不能得到其具体的量值。因其检验效率高、检验成本低而在大批量生产中得到广泛应用。定量测试的检验成本低而在大批量生产中得到广泛应用。定量测试的方法是在对被检验对象进行测量后，得到其实际值并判断方法是在对被检验对象进行测量后，得到其实际值并判断其是否合格的方法。其是否合格的方法。本讲稿第三页，共五十一页测量的基本要素测量的基本要素v
4、“测测量量”是是以以确确定定量量值值为为目目的的的的全全部部操操作作。测测量量过过程程实实际际上上就就是是一一个个比比较较过过程程，也也就就是是将将被被测测量量与与标标准准的的单单位位量量进进行行比比较较，确确定定其其比比值值的的过过程程。若若被被测测量量为为x，计计量量单单位位为为E，确确定定的的比比值值为为q，则则测测量量可可表表示为示为vq=x/Ev一一个个完完整整的的测测量量过过程程应应包包含含被被测测量量、计计量量单单位位、测测量方法量方法（含测量器具）和（含测量器具）和测量精度测量精度等四个要素。等四个要素。本讲稿第四页，共五十一页被测量被测量v被测量在机械精度的检测中主要是有关几
5、何精度被测量在机械精度的检测中主要是有关几何精度方面的参数量，其基本对象是方面的参数量，其基本对象是长度和角度长度和角度。但是，。但是，长度量和角度量在各种机械零件上的表现形式却是多长度量和角度量在各种机械零件上的表现形式却是多种多样的，表达被测对象性能的特征参数也可能是相种多样的，表达被测对象性能的特征参数也可能是相当复杂的。因此，认真分析被测对象的特性，研究被当复杂的。因此，认真分析被测对象的特性，研究被测对象的含义是十分重要的。例如，表面粗糙度的各测对象的含义是十分重要的。例如，表面粗糙度的各种评定参数，齿轮的各种误差项目，尺寸公差与形位种评定参数，齿轮的各种误差项目，尺寸公差与形位公差
6、之间的独立与相关关系等等。公差之间的独立与相关关系等等。本讲稿第五页，共五十一页计量单位计量单位v计量单位（简称单位）是以定量表示同种量的量值而约计量单位（简称单位）是以定量表示同种量的量值而约定采用的特定量。我国规定采用以国际单位制（定采用的特定量。我国规定采用以国际单位制（SI）为）为基础的基础的“法定计量单位制法定计量单位制”。它是由一组选定的基本单位。它是由一组选定的基本单位和由定义公式与比例因数确定的导出单位所组成的。如和由定义公式与比例因数确定的导出单位所组成的。如“米米”、“千克千克”、“秒秒”、“安安”等为基本单位。等为基本单位。机械工程中常用机械工程中常用的长度单位有的长度单
7、位有“毫米毫米”、“微米微米”和和“纳米纳米”，常用的角度单位是，常用的角度单位是非国际单位制的单位非国际单位制的单位“度度”、“分分”、“秒秒”和国际单位制的和国际单位制的辅助单位辅助单位“弧度弧度”、“球面度球面度”。v在测量过程中，测量单位必须以物质形式来体现，能体现在测量过程中，测量单位必须以物质形式来体现，能体现计量单位和标准量的物质形式有：光波波长、精密量块、计量单位和标准量的物质形式有：光波波长、精密量块、线纹尺、各种圆分度盘等。线纹尺、各种圆分度盘等。本讲稿第六页，共五十一页测量方法测量方法v测量方法是根据一定的测量原理，在实施测量过程中测量方法是根据一定的测量原理，在实施测量
8、过程中对测量原理的运用及其实际操作。对测量原理的运用及其实际操作。v广义地说，测量方法可以理解为广义地说，测量方法可以理解为测量原理、测量测量原理、测量器具（计量器具）和测量条件（环境和操作者）器具（计量器具）和测量条件（环境和操作者）的总和。的总和。v在实施测量过程中，应该根据被测对象的特点在实施测量过程中，应该根据被测对象的特点（如材料硬度、外形尺寸、生产批量、制造精度、（如材料硬度、外形尺寸、生产批量、制造精度、测量目的等）和被测参数的定义来拟定测量方案、测量目的等）和被测参数的定义来拟定测量方案、选择测量器具和规定测量条件，合理地获得可靠选择测量器具和规定测量条件，合理地获得可靠的测量
9、结果。的测量结果。本讲稿第七页，共五十一页测量精度测量精度v测量结果与真值的一致程度。不考虑测量精度而测量结果与真值的一致程度。不考虑测量精度而得到的测量结果是没有任何意义的。得到的测量结果是没有任何意义的。v真值的定义为：当某量能被完善地确定并能排除所有真值的定义为：当某量能被完善地确定并能排除所有测量上的缺陷时，通过测量所得到的量值。测量上的缺陷时，通过测量所得到的量值。v由于测量会受到许多因素的影响，其过程总是不完善由于测量会受到许多因素的影响，其过程总是不完善的，即任何测量都不可能没有误差。对于每一个测量的，即任何测量都不可能没有误差。对于每一个测量值都应给出相应的测量误差范围，说明其
10、可信度。值都应给出相应的测量误差范围，说明其可信度。本讲稿第八页，共五十一页检测的一般步骤检测的一般步骤v确定被检测项目确定被检测项目 认真审阅被测件图纸及有关的技术认真审阅被测件图纸及有关的技术资料，了解被测件的用途，熟悉各项技术要求，明确需资料，了解被测件的用途，熟悉各项技术要求，明确需要检测的项目。要检测的项目。v设计检测方案设计检测方案 根据检测项目的性质、具体要求、根据检测项目的性质、具体要求、结构特点、批量大小、检测设备状况、检测环境及检结构特点、批量大小、检测设备状况、检测环境及检测人员的能力等多种因素，设计一个能满足检测精度测人员的能力等多种因素，设计一个能满足检测精度要求，且
11、具有低成本、高效率的检测预案。要求，且具有低成本、高效率的检测预案。v选择检测器具选择检测器具 按照规范要求选择适当的检测器具，按照规范要求选择适当的检测器具，设计、制作专用的检测器具和辅助工具，并进行必设计、制作专用的检测器具和辅助工具，并进行必要的误差分析。要的误差分析。本讲稿第九页，共五十一页检测的一般步骤（续）检测的一般步骤（续）v检检测测前前准准备备 清清理理检检测测环环境境并并检检查查是是否否满满足足检检测测要要求求，清清洗洗标标准准器器、被被测测件件及及辅辅助助工工具具，对对检检测测器器具具进进行行调调整使之处于正常的工作状态。整使之处于正常的工作状态。v采采集集数数据据 安安装
12、装被被测测件件，按按照照设设计计预预案案采采集集测测量量数数据据并规范地作好原始记录。并规范地作好原始记录。v数数据据处处理理 对对检检测测数数据据进进行行计计算算和和处处理理，获获得得检检测结果。测结果。v填填报报检检测测结结果果 将将检检测测结结果果填填写写在在检检测测报报告告单单及及有有关关的原始记录中，并根据技术要求作出合格性的判定。的原始记录中，并根据技术要求作出合格性的判定。本讲稿第十页，共五十一页测量基准和尺寸传递系统测量基准和尺寸传递系统v在国际单位制及我国法定计量单位中，长度的基本单位名称是在国际单位制及我国法定计量单位中，长度的基本单位名称是“米米”，其单位符号为，其单位符
13、号为“m”。v“米米”的定义于的定义于18世纪末始于法国，当时规定世纪末始于法国，当时规定“米等于经过巴米等于经过巴黎的地球子午线的四千万分之一黎的地球子午线的四千万分之一”。19世纪世纪“米米”逐渐成为国逐渐成为国际通用的长度单位。际通用的长度单位。1889年在法国巴黎召开了第一届国际计年在法国巴黎召开了第一届国际计量大会，从国际计量局订制的量大会，从国际计量局订制的30根米尺中，选出了作为统一根米尺中，选出了作为统一国际长度单位量值的一根米尺，把它称之为国际长度单位量值的一根米尺，把它称之为“国际米原器国际米原器”。v1983年第年第17届国际计量大会又更新了米的定义，规定：届国际计量大会
14、又更新了米的定义，规定：“米米”是是在真空中在在真空中在1/299792458s的时间间隔内行进路程的长度的时间间隔内行进路程的长度。长度单位与计量基准长度单位与计量基准本讲稿第十一页，共五十一页量块量块v使用波长作为长度基准，虽然可以达到足够的精确度，使用波长作为长度基准，虽然可以达到足够的精确度，但因对复现的条件有很高的要求，不便在生产中直接但因对复现的条件有很高的要求，不便在生产中直接用于尺寸的测量。因此，需要将基准的量值按照定义用于尺寸的测量。因此，需要将基准的量值按照定义的规定，复现在实物计量标准器上。常见的实物计量的规定，复现在实物计量标准器上。常见的实物计量标准器有量块（块规）和
15、线纹尺。标准器有量块（块规）和线纹尺。v量块用铬锰钢等特殊合金钢或线膨胀系数小、性量块用铬锰钢等特殊合金钢或线膨胀系数小、性质稳定、耐磨以及不易变形的其它材料制成。其质稳定、耐磨以及不易变形的其它材料制成。其形状有长方体和圆柱体两种，常用的是长方体。形状有长方体和圆柱体两种，常用的是长方体。本讲稿第十二页，共五十一页量块的构成量块的构成v长方体的量块有两个平行的测长方体的量块有两个平行的测量面，其余为非测量面。测量量面，其余为非测量面。测量面极为光滑、平整，其表面粗面极为光滑、平整，其表面粗糙度糙度Ra值达值达0.012m以上，两以上，两测量面之间的距离即为量块的测量面之间的距离即为量块的工作
16、长度（标称长度）。标称工作长度（标称长度）。标称长度小于长度小于6mm的量块，其公称的量块，其公称值刻印在测量面上；标称长度值刻印在测量面上；标称长度大于大于6mm的量块，其公称长度的量块，其公称长度值刻印在上测量面左侧较宽的值刻印在上测量面左侧较宽的一个非测量面上一个非测量面上 本讲稿第十三页，共五十一页量块的用途量块的用途v作为长度尺寸标准的实物载体，将国家的长度基作为长度尺寸标准的实物载体，将国家的长度基准按照一定的规范逐级传递到机械产品制造环节，准按照一定的规范逐级传递到机械产品制造环节，实现量值统一。实现量值统一。v作为标准长度标定量仪，检定量仪的示值误差。作为标准长度标定量仪，检定
17、量仪的示值误差。v相对测量时以量块为标准，用测量器具比较量块与相对测量时以量块为标准，用测量器具比较量块与被测尺寸的差值。被测尺寸的差值。v也可直接用于精密测量、精密划线和精密机床的调也可直接用于精密测量、精密划线和精密机床的调整。整。本讲稿第十四页，共五十一页量块的精度（级）量块的精度（级）v按国标按国标GB6093-85，量块按制造精度分，量块按制造精度分6级，即级，即00、0、1、2、3和和K级，其中级，其中00级精度最高，级精度最高，3级最低，级最低，K级为校准级，主要级为校准级，主要根据量块长度极限偏差、测量面的平面度、粗糙度及量块的研根据量块长度极限偏差、测量面的平面度、粗糙度及量
18、块的研合性等指标来划分的。合性等指标来划分的。v量块生产企业大都按量块生产企业大都按“级级”向市场销售量块。用量块长度极限向市场销售量块。用量块长度极限偏差（中心长度与标称长度允许的最大误差）控制一批相同偏差（中心长度与标称长度允许的最大误差）控制一批相同规格量块的长度变动范围；用量块长度变动量（量块最大长规格量块的长度变动范围；用量块长度变动量（量块最大长度与最小长度之差）控制每一个量块两测量面间各对应点的度与最小长度之差）控制每一个量块两测量面间各对应点的长度变动范围。用户则按量块的标称尺寸使用量块。因此，长度变动范围。用户则按量块的标称尺寸使用量块。因此，按按“级级”使用量块必然受到量块
19、长度制造偏差的影响，将把使用量块必然受到量块长度制造偏差的影响，将把制造误差带入测量结果。制造误差带入测量结果。本讲稿第十五页，共五十一页量块的精度（等）量块的精度（等）v制造高精度的量块的工艺要求高、成本也高，而且即制造高精度的量块的工艺要求高、成本也高，而且即使制造成高精度量块，在使用一段时间后，也会因磨使制造成高精度量块，在使用一段时间后，也会因磨损而引起尺寸减小，使其原有的精度级别降低。因此，损而引起尺寸减小，使其原有的精度级别降低。因此，经过维修或使用一段时间后的量块，要定期送专业部经过维修或使用一段时间后的量块，要定期送专业部门按照标准对其各项精度指标进行检定，确定符合哪门按照标准
20、对其各项精度指标进行检定，确定符合哪一一“等等”，并在检定证书中给出的标称尺寸的修正值。，并在检定证书中给出的标称尺寸的修正值。v标准规定了量块按其检定精度分为六等，即标准规定了量块按其检定精度分为六等，即1、2、3、4、5、6等，其中等，其中1等精度最高，等精度最高，6等精度最低，等精度最低，“等等”主要依据量块中心长度测量的极限偏差和平面平行性主要依据量块中心长度测量的极限偏差和平面平行性允许偏差来划分的。允许偏差来划分的。本讲稿第十六页，共五十一页量块的量块的“级级”与与“等等”v量量块块的的“级级”和和“等等”是是从从成成批批制制造造和和单单个个检检定定两两种种不不同同的的角角度度出发
21、，对其精度进行划分的两种形式。出发，对其精度进行划分的两种形式。v按按“级级”使使用用时时，以以标标记记在在量量块块上上的的标标称称尺尺寸寸作作为为工工作作尺尺寸寸，该该尺寸尺寸包含其制造误差包含其制造误差。v按按“等等”使使用用时时，必必须须以以检检定定后后的的实实际际尺尺寸寸作作为为工工作作尺尺寸寸，该尺寸不包含制造误差，但该尺寸不包含制造误差，但包含了检定时的测量误差包含了检定时的测量误差。v就就同同一一量量块块而而言言，检检定定时时的的测测量量误误差差要要比比制制造造误误差差小小得得多多。所所以以，量量块块按按“等等”使使用用时时其其精精度度比比按按“级级”使使用用要要高高，且且能在保
22、持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。能在保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。本讲稿第十七页，共五十一页量块的选用v量块是定尺寸量具，一个量块只有一个尺寸。为了满足一定范围的不同要求，量块可以利用其测量面的高精度所具有粘合性，将多个量块研合在一起，组合使用。根据标准GB609385规定，我国成套生产的量块共有17中套别，每套的块数分别为91、83、46、12、10、8、6、5、等。表3-4所列为83块组和91块组一套的量块的尺寸系列。v粘合性：测量层表面有一层极薄的油膜，在切向推合力的作用下，由于分子间吸引力，使两量块研合在一起的特性。本讲稿第十八页，共五十一页量块的组合量块的组合
23、v为为了了减减少少量量块块的的组组合合误误差差，应应尽尽量量减减少少量量块块的的组组合合块块数数，一一般般不不超超过过4块块。选选用用量量块块时时，应应从从所所需需组组合合尺尺寸寸的的最最后后一一位位数数开开始始，每每选选一一块块至至少少应应减减去去所所需需尺尺寸寸的的一一位位尾尾数数。例例如如，从从83块块一一套套的的量量块块中中选选取取尺尺寸寸为为36.745mm的的量量块块组组，选取方法为：选取方法为：36.745 所需尺寸所需尺寸 1.005 第一块量块尺寸第一块量块尺寸 35.74 1.24 .第二块量块尺寸第二块量块尺寸 34.5 4.5 .第三块量块尺寸第三块量块尺寸 30.0
24、.第四块量块尺寸第四块量块尺寸本讲稿第十九页，共五十一页量块使用的注意事情项量块使用的注意事情项v量块必须在使用有效期内，否则应及时送专业部门检定。量块必须在使用有效期内，否则应及时送专业部门检定。v使使用用环环境境良良好好，防防止止各各种种腐腐蚀蚀性性物物质质及及灰灰尘尘对对测测量量面面的的损损伤伤，影影响响其其粘合性。粘合性。v分清量块的分清量块的“级级”与与“等等”，注意使用规则。，注意使用规则。v所所选选量量块块应应用用航航空空汽汽油油清清洗洗、洁洁净净软软布布擦擦干干，待待量量块块温温度度与与环环境温度相同后方可使用。境温度相同后方可使用。v轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生
25、。轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。v不不得得用用手手直直接接接接触触量量块块，以以免免造造成成汗汗液液对对量量块块的的腐腐蚀蚀及及手手温温对对测量精确度的影响。测量精确度的影响。v使使用用完完毕毕，应应用用航航空空汽汽油油清清洗洗所所用用量量块块，并并擦擦干干后后涂涂上上防防锈锈脂脂存存于于干干燥处。燥处。本讲稿第二十页，共五十一页长度的量值传递v量值传递是“将国家计量基准所复现的计量值，通过检定（或其它方法）传递给下一等级的计量标准（器），并依次逐级传递到工作计量器具上，以保证被测对象的量值准确一致的方式”。v我国长度量值传递系统如图所示，从最高基准谱线向下传递，有两个平等的系统
26、，即端面量具（量块）和刻线量具（线纹尺）系统。其中尤以量块传递系统应用最广。本讲稿第二十一页，共五十一页量值的传递v量值系统的建立和执行，保证了国家计量行政机关自上而下的对量值进行合理的统一控制。企业要确保产品质量，增强市场竞争力，必须主动采取措施，保证量值的可靠。因此，在GB/T9000“质量管理和质量保证”系列标准中，对企业的测量设备（器具）提出了“溯源性”的要求，即测量结果必须具有能与国家计量基准或国际计量基准相联系的特性。所用计量器具要获得这一特性，就必须经过具有较高准确度的计量标准的检定，而该计量标准又需受到上一级计量标准的检定，逐级往上溯源，直至国家计量基准或国际计量基准，实现企业
27、的量值在国际范围内的合理的统一。本讲稿第二十二页，共五十一页角度的量值传递v角度基准与长度基准有本质的区别。角度的自然基准是客观存在的，不需要建立，因为一个整圆所对应的圆心角是定值（2rad或360）。因此，将整圆任意等分得到的角度的实际大小，可以通过各角度相互比较，利用圆周角的封闭性求出，实现对角度基准的复现。v为了检定和测量需要，仍然要建立角度度量的基准。本讲稿第二十三页，共五十一页测量器具的分类v 是是一一种种具具有有固固定定形形态态、用用以以复复现现或或提提供供一一个个或或多多个个已已知知量量值值的的器器具具。按按用用途途的的不不同同量量具具可可分分为为以以下几类：下几类：v单单值值量
28、量具具 只只能能体体现现一一个个单单一一量量值值的的量量具具。可可来来校校对对和和调调整整其其它它测测量量器器具具或或作作为为标标准准量量与与被被测测量量直接进行比较。如量块、角度量块等。直接进行比较。如量块、角度量块等。v多多值值量量具具 可可体体现现一一组组同同类类量量值值的的量量具具。同同样样能能校校对对和和调调整整其其它它测测量量器器具具或或作作为为标标准准量量与与被被测测量量直直接接进进行比较。如线纹尺、行比较。如线纹尺、90角尺等。角尺等。本讲稿第二十四页，共五十一页测量器具的分类（续）v基基准准量量具具 专专门门用用来来检检验验某某种种特特定定参参数数的的量量具具。常常见见的的有
29、有：检检验验光光滑滑圆圆柱柱孔孔或或轴轴的的光光滑滑极极限限量量规规，判判断断内内螺螺纹纹或或外外螺螺纹纹合合格格性性的的螺螺纹纹量量规规，判判断断复复杂杂形形状状的的表表面面轮轮廓廓合合格格性性的的检检验验样样板板，用用模模拟拟装装配配通通过性来检验装配精度的功能量规等等。过性来检验装配精度的功能量规等等。v通通用用量量具具 我我国国习习惯惯上上将将结结构构比比较较简简单单的的测测量量仪仪器器称称为为通通用用量量具具。如如游游标标卡卡尺尺、外外径径千千分分尺尺、百分表等。百分表等。本讲稿第二十五页，共五十一页 测量器具的技术性能指标v量量具具的的标标称称值值 标标注注在在量量具具上上用用以以
30、标标明明其其特特性性或或指指导导其其使使用用的的量量值值。如如标标在在量量块块上上的的尺尺寸寸，标标在在刻刻线线尺尺上上的的尺尺寸寸，标标在在角角度度量量块块上上的的角角度等。度等。v刻刻线线间间距距 测测量量器器具具标标尺尺或或刻刻度度盘盘上上两两相相邻邻刻刻线线中中心心间间的的距距离离。为便于读数，一般做成刻线间距为为便于读数，一般做成刻线间距为0.752.5mm的等距离刻线。的等距离刻线。v分分度度值值 测测量量器器具具的的标标尺尺上上，相相邻邻两两刻刻线线所所代代表表的的量量值值之之差差。如如一一外外径径千千分分尺尺的的微微分分筒筒上上相相邻邻两两刻刻线线所所代代表表的的量量值值之之差
31、差为为0.01mm，则则该该测测量量器器具具的的分分度度值值为为0.01mm。分分度度值值是是一一种种测测量量器器具具所所能能直直接接读读出出的的最最小小单单位位量量值值，它它反反映映了了读读数数精精度度的的高低，从一个侧面说明了该测量器具的测量精度高低。高低，从一个侧面说明了该测量器具的测量精度高低。本讲稿第二十六页，共五十一页 测量器具的技术性能指标（续）v示值 由测量器具所指示的被测量值。v示值范围 由测量器具所显示或指示的最低值到最高值的范围。如机械式比较仪的示值范围为-0.1+0.1mm（或0.1mm），如图所示。v测量范围 在允许不确定度内，测量器具所能测量的被测量值的下限值至上限
32、值的范围。例如，外径千分尺的测量范围有025mm、2550mm等，机械式比较仪的测量范围为0180mm，如图所示。v测量力 在接触式测量过程中，测量器具测头与被测量面间的接触压力。测量力太大会引起弹性变形，测量力太小会影响接触的稳定性。本讲稿第二十七页，共五十一页测量器具的技术性能指标（续）v灵敏度 计量器具反映被测几何量微小变化的能力。如果被测参数的变化量为L，引起测量器具示值变化量为x，则灵敏度S=x/L。当分子分母为同一类量时，灵敏度又称放大比K。v灵敏阈 引起测量器具示值可觉察变化的被测量值的最小变化量。反映量仪对被测量值微小变动的不敏感程度。v重复性 在规定的使用条件下，重复用相同的
33、激励，测量仪器给予出非常相似响应的能力。反映的是测量仪器的工作稳定性。本讲稿第二十八页，共五十一页测量器具的技术性能指标（续）v示值误差 测量仪器的示值与被测量的真值之差。示值误差是测量仪器本身各种误差的综合反映。因此，仪器示值范围内的不同工作点，示值误差是不相同的。一般可用适当精度的量块或其它计量标准器，来检定测量器具的示值误差。v回程误差 在相同条件下，被测量值不变，测量器具行程方向不同时，两示值之差的绝对值。它是由测量器具中测量系统的间隙、变形和磨擦等原因引起的。本讲稿第二十九页，共五十一页测量方法分类 v1、按按所所测测得得的的量量（参参数数）是是否否为为欲欲测测之之量量分类分类v直直
34、接接测测量量 从从测测量量器器具具的的读读数数装装置置上上得得到到欲欲测测之之量量的的数数值值或或对对标标准准值值的的偏偏差差。例例如如用用游游标标卡卡尺尺、外外径径千千分分尺尺测测量量外外圆圆直直径径，用比较仪测量长度尺寸等。用比较仪测量长度尺寸等。v间接测量间接测量 先测出与欲测之量有一定函数先测出与欲测之量有一定函数关系的相关量，然后按相应的函数关系式，关系的相关量，然后按相应的函数关系式，求得欲测之量的测量结果。求得欲测之量的测量结果。本讲稿第三十页，共五十一页相对法测量举例v例例如如用用“弦弦高高法法”测测量量大大尺尺寸寸圆圆柱柱体体的的直直径径，由由弦弦长长S S与与弦弦高高H H
35、的的测测量量结结果果，可可求求得得直直径径D D的的实实际际值，如图所示。由图可得值，如图所示。由图可得v对上式微分后，得到测量结果的测量误差为对上式微分后，得到测量结果的测量误差为v式中式中 dS dS弦长弦长S S的测量误差的测量误差vdHdH弦高弦高H H的的测测量量误误差。差。本讲稿第三十一页，共五十一页测量方法分类（续）v2、按测量结果的读数值不同分类、按测量结果的读数值不同分类v绝绝对对测测量量 从从测测量量器器具具上上直直接接得得到到被被测测参参数数的的整整个个量值的测量。例如用游标卡尺测量零件轴径值。量值的测量。例如用游标卡尺测量零件轴径值。v相对测量相对测量 将被测量和与其量
36、值只有微小差别的同将被测量和与其量值只有微小差别的同一种已知量（一般为测量标准量）相比较，得到被测一种已知量（一般为测量标准量）相比较，得到被测量与已知量的相对偏差。例如比较仪用量块调零后，量与已知量的相对偏差。例如比较仪用量块调零后，测量轴的直径，比较仪的示值就是量块与轴径的量值测量轴的直径，比较仪的示值就是量块与轴径的量值之差。之差。本讲稿第三十二页，共五十一页测量方法分类（续）v3、按被测件表面与测量器具测头是否有机械接触分类、按被测件表面与测量器具测头是否有机械接触分类v接接触触测测量量 测测量量器器具具的的测测头头与与零零件件被被测测表表面面接接触触后后有有机机械械作作用用力力的的测
37、测量量。如如用用外外径径千千分分尺尺、游游标标卡卡尺尺测测量量零零件件等等。为为了了保保证证接接触触的的可可靠靠性性，测测量量力力是是必必要要的的，但但它它可可能能使使测测量量器器具具及及被被测测件件发发生生变变形形而而产产生生测测量量误误差差，还还可可能能造造成成对对零零件件被被测测表面质量的损坏。表面质量的损坏。v非非接接触触测测量量 测测量量器器具具的的感感应应元元件件与与被被测测零零件件表表面面不不直直接接接接触触，因因而而不不存存在在机机械械作作用用的的测测量量力力。属属于于非非接接触触测测量量的的仪仪器器主主要要是是利利用用光光、气气、电电、磁磁等等作作为为感感应应元元件件与与被被
38、测测件件表表面面联联系系。如如干干涉涉显显微镜、磁力测厚仪、气动量仪等。微镜、磁力测厚仪、气动量仪等。本讲稿第三十三页，共五十一页测量方法分类（续）v4、按测量在工艺过程中所起作用分类、按测量在工艺过程中所起作用分类v主主动动测测量量 在在加加工工过过程程中中进进行行的的测测量量。其其测测量量结结果果直直接接用用来来控控制制零零件件的的加加工工过过程程，决决定定是是否否继继续续加加工工或或判判断断工工艺艺过过程程是是否否正正常常、是是否否需需要要进进行行调调整整，故故能能及及时时防防止止废废品品的的发发生生，所所以以又又称称为为积积极测量。极测量。v被被动动测测量量 加加工工完完成成后后进进行
39、行的的测测量量。其其结结果果仅仅用用于发现并剔除废品，所以被动测量又称消极测量。于发现并剔除废品，所以被动测量又称消极测量。本讲稿第三十四页，共五十一页测量方法分类（续）v5、按零件上同时被测参数的多少分类、按零件上同时被测参数的多少分类v单单项项测测量量 单单独独地地、彼彼此此没没有有联联系系地地测测量量零零件件的的单单项项参参数数。如如分分别别测测量量齿齿轮轮的的齿齿厚厚、齿齿形形、齿齿距距等等。这这种种方方法法一一般般用用于于量量规规的的检检定定、工工序序间间的的测测量量，或或为为了了工工艺艺分分析析、调调整整机机床床等等目的。目的。v综综合合测测量量 检检测测零零件件几几个个相相关关参
40、参数数的的综综合合效效应应或或综综合合参参数数，从从而而综综合合判判断断零零件件的的合合格格性性。例例如如齿齿轮轮运运动动误误差差的的综综合合测测量量、用用螺螺纹纹量量规规检检验验螺螺纹纹的的作作用用中中径径等等。综综合合测测量量一一般般用用于于终终结结检检验验，其其测测量量效效率率高高，能能有有效效保保证证互互换换性性，在在大大批批量量生生产产中中应用广泛。应用广泛。本讲稿第三十五页，共五十一页测量方法分类（续）v6、按被测工件在测量时所处状态分类、按被测工件在测量时所处状态分类v静静态态测测量量 测测量量时时被被测测件件表表面面与与测测量量器器具具测测头头处处于于静静止止状状态态。例例如如
41、用用外外径径千千分分尺尺测测量量轴轴径径、用用齿齿距距仪测量齿轮齿距等。仪测量齿轮齿距等。v动动态态测测量量 测测量量时时被被测测零零件件表表面面与与测测量量器器具具测测头头处处于于相相对对运运动动状状态态，或或测测量量过过程程是是模模拟拟零零件件在在工工作作或或加加工工时时的的运运动动状状态态，它它能能反反映映生生产产过过程程中中被被测测参参数数的的变变化化过过程程。例例如如用用激激光光比比长长仪仪测测量量精精密密线线纹纹尺尺，用电动轮廓仪测量表面粗糙度等。用电动轮廓仪测量表面粗糙度等。本讲稿第三十六页，共五十一页测量方法分类（续）v7、按测量中测量因素是否变化分类、按测量中测量因素是否变化
42、分类v等等精精度度测测量量 在在测测量量过过程程中中，决决定定测测量量精精度度的的全全部部因因素素或或条条件件不不变变。例例如如，由由同同一一个个人人，用用同同一一台台仪仪器器，在在同同样样的的环环境境中中，以以同同样样方方法法，同同样样仔仔细细地地测测量量同同一一个个量量。在在一一般般情情况况下下，为为了了简简化化测测量量结结果果的的处处理理，大大都都采采用用等等精精度度测测量量。实实际际上上，绝绝对对的的等精度测量是做不到的。等精度测量是做不到的。v不等精度测量不等精度测量 在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件可能完全改变或部分改变。由于不等精
43、度测量的数据处理比件可能完全改变或部分改变。由于不等精度测量的数据处理比较麻烦，因此一般用于重要的科研实验中的高精度测量。较麻烦，因此一般用于重要的科研实验中的高精度测量。本讲稿第三十七页，共五十一页2.2测量误差及数据处理测量误差及数据处理测量误差及其产生得原因测量误差及其产生得原因 1.测量误差测量误差测量误差是测量值与真值之差。测量误差是测量值与真值之差。X表示测量结果，表示测量结果，Q表示真值，则表示真值，则x-Q(绝对误差绝对误差)Qx 相对误差：相对误差：本讲稿第三十八页，共五十一页2 测量误差产生的原因测量误差产生的原因（1）测量器具误差：）测量器具误差：由测量器具的设计、制造、
44、装配和使用调整的不准确而引起由测量器具的设计、制造、装配和使用调整的不准确而引起的误差。的误差。（2）基准件误差：）基准件误差：作为标注量的基准件本身存在的误差作为标注量的基准件本身存在的误差（3）测量方法误差）测量方法误差（4）环境条件引起的误差）环境条件引起的误差（5）人为误差）人为误差本讲稿第三十九页，共五十一页测量误差的分类与处理测量误差的分类与处理测量误差按其性质分为随机误差、系统误差、和粗大误测量误差按其性质分为随机误差、系统误差、和粗大误差等。差等。1、随机误差及评定、随机误差及评定在相同测量条件下，多次测量同一量值时，误差的绝对在相同测量条件下，多次测量同一量值时，误差的绝对值
45、和符号以不可预定的方式变化的误差。值和符号以不可预定的方式变化的误差。（1）随机误差的分布规律和特性：）随机误差的分布规律和特性：分布规律分布规律：正态分布：正态分布分布特性：分布特性：本讲稿第四十页，共五十一页1）单峰行）单峰行：绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的概率大。：绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的概率大。2）对称行）对称行：绝对值相等的正负误差出现的概率相等：绝对值相等的正负误差出现的概率相等3）有界行：）有界行：在一定的测量条件下，随机误差的绝对值不在一定的测量条件下，随机误差的绝对值不会超过一定界限。会超过一定界限。4）抵偿性：）抵偿性：随着测量次数的增加，随机误差的算数平
46、均值随着测量次数的增加，随机误差的算数平均值趋于趋于0（2）随机误差的评定）随机误差的评定本讲稿第四十一页，共五十一页y0正态分布曲线正态分布曲线正态分布曲线的数学表达式：正态分布曲线的数学表达式：y：概率密度：概率密度：随机误差：随机误差：标准偏差：标准偏差本讲稿第四十二页，共五十一页标准偏差标准偏差和算术平均值和算术平均值 可以通过有限次的等精度可以通过有限次的等精度测量试验求出。测量试验求出。N一般取一般取1020次次由概率轮知，全部随机误差的概率之和为由概率轮知，全部随机误差的概率之和为1本讲稿第四十三页，共五十一页则随机误差出现在区间（则随机误差出现在区间（，+）内的概率为：）内的概
47、率为：令令则则于是有：于是有：称为拉普拉斯函数。本讲稿第四十四页，共五十一页 在仅存在符合正态分布规律的随机误差的前提下，在仅存在符合正态分布规律的随机误差的前提下，可以认为单次测量结果可以认为单次测量结果xi与被测量真值与被测量真值Q（平均值）之（平均值）之差不会超过差不会超过3的概率为的概率为99。73，因此通常把相应于，因此通常把相应于置信概率置信概率99.73的的3作为测量极限误差。作为测量极限误差。用用表示平均值的标准偏差，其表示平均值的标准偏差，其数值于测量次数数值于测量次数n有关有关若以多次测量的算术平均值若以多次测量的算术平均值 表示测量结果，则表示测量结果，则于真值于真值Q之
48、差不过超过之差不过超过本讲稿第四十五页，共五十一页2、系统误差及其消除、系统误差及其消除系统误差：在相同测量条件下，多次重复测量同一系统误差：在相同测量条件下，多次重复测量同一量值，测量误差的大小和符号保持不便或按照一定量值，测量误差的大小和符号保持不便或按照一定规律变化的误差。规律变化的误差。定值系统误差定值系统误差 变值系统误差变值系统误差消除和减小系统误差的方法：消除和减小系统误差的方法：1）从产生系统误差的根源消除）从产生系统误差的根源消除2）用加修正值的方法消除）用加修正值的方法消除3）用两次读数法消除）用两次读数法消除4）利用被测量之间的内在联系消除）利用被测量之间的内在联系消除本
49、讲稿第四十六页，共五十一页3、粗大误差的剔除：、粗大误差的剔除：3原则原则4、测量精度的分类：、测量精度的分类：（1）精密度）精密度（2）正确度）正确度（3）准确度（精确度）准确度（精确度）本讲稿第四十七页，共五十一页测量误差合成测量误差合成 直接测量：直接测量：间接测量：间接测量：1、已定系统误差按代数和法合成。、已定系统误差按代数和法合成。2、对于符合正态分布、彼此独立的随机误差和、对于符合正态分布、彼此独立的随机误差和未定系统误差，按方根法合成。未定系统误差，按方根法合成。当测量值有系统误差时，则函数有测量误差。当测量值有系统误差时，则函数有测量误差。当测量有随机误差时，函数必然也存在随
50、机误差当测量有随机误差时，函数必然也存在随机误差本讲稿第四十八页，共五十一页2.3用普通计量器具检测1、尺寸误检的基本概念：、尺寸误检的基本概念：“误废误废”和和“误收误收”2、验收极限与安全裕度、验收极限与安全裕度国家标准规定的验收原则：所用验收方法应只接收位于规国家标准规定的验收原则：所用验收方法应只接收位于规定的极限尺寸之内的工件。定的极限尺寸之内的工件。验收极限是指检测共建尺寸时判断合格与否的尺寸界验收极限是指检测共建尺寸时判断合格与否的尺寸界限。验收极限可以按照下列两种方法：限。验收极限可以按照下列两种方法：本讲稿第四十九页，共五十一页方法一：方法一：验收极限时从图样上标定的最大极限